Для повышения окалиностойкости стальные изделия подвергают

Обновлено: 28.04.2024

Феррит (твердый раствор внедрения C в α-железе с объемно-центрированной кубической решеткой)
Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решеткой)
Цементит (карбид железа; Fe₃C метастабильная высокоуглеродистая фаза)
Графит стабильная высокоуглеродистая фаза

Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит)
Мартенсит (сильно пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе с объемно-центрированной терагональной решеткой)
Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита)
Сорбит (дисперсный перлит)
Троостит (высокодисперсный перлит)
Бейнит (устар: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа

Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит)
Серый чугун (графит в форме пластин)
Ковкий чугун (графит в хлопьях)
Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов)
Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит)

Жаросто́йкая (окалиносто́йкая) сталь - это сталь, обладающая стойкостью против коррозионного разрушения поверхности в газовых средах при температурах свыше 550°С, работающая в нагруженном или слабонагруженном состоянии.

Содержание

Характеристика

Жаростойкость (окалиностойкость) стали характеризуется сопротивлением окислению при высоких температурах. Для повышения окалиностойкости сталь легируют элементами, которые изменяют состав и строение окалины. В результате введения в сталь необходимого количества хрома (Cr) или кремния (Si), обладающих бо́льшим родством с кислородом (O), чем железо (Fe), в процессе окисления на поверхности образуются плотные оксиды на основе хрома или кремния. Образовывающаяся тонкая плёнка из этих оксидов затрудняет процесс дальнейшего окисления. Чтобы обеспечить окалиностойкость до температуры 1100°С в стали должно быть не менее 28% хрома (например сталь 15Х28). Наилучшие результаты получаются при одновременном легировании стали хромом и кремнием.

Маркировка

Пример: 20Х25Н20С2.

• Цифры вначале маркировки указывают на содержание в стали углерода в сотых долях процента.

• Буква без цифры - определённый легирующий элемент с содержанием в стали менее 1%:
  • Х - хром;
  • Н - никель;
  • С - кремний;
  • Т - титан;
  • М - молибден.

  Классификация

  Жаростойкие стали подразделяются на несколько групп:

  • хромистые стали ферритного класса;
  • хромокремнистые стали мартенситного класса;
  • хромоникелевые стали аустенитно-ферритного класса;
  • хромоникелевые аустенитные стали.

  Хромистые стали ферритного класса

  Пример: 15Х25Т, 15Х28.

  Могут применяться для изготовления сварных конструкций, не подвергающихся действию ударных нагрузок при температуре эксплуатации не ниже минус 20°С; для изготовления труб для теплообменной аппаратуры, работающей в агрессивных средах; аппаратуры, деталей, чехлов термопар, электродов искровых зажигательных свечей, труб пиролизных установок, теплообменников; для спаев со стеклом. Жаростойкость - до 1100°С.

  Хромокремнистые стали мартенситного класса

  Применяются для изготовления клапанов авиационных двигателей, автомобильных и тракторных дизельных двигателей, крепёжные детали двигателей.

  Хромоникелевые стали аустенитно-ферритного класса

  Применяются для изготовления деталей, работающих при высоких температурах в слабонагруженном состоянии. Жаростойкость до 900-1000°С.

  Хромоникелевые аустенитные стали

  Пример: 10Х23Н18, 20Х25Н20С2.

  Приеняются для изготовления листовых деталей, труб, арматуры (при пониженных нагрузках), а также деталей печей, работающих при температурах до 1000-1100°С в воздушной и углеводородной атмосферах.

  Литература

  • Стали и сплавы. Марочник. Справ. изд./ В. Г. Сорокин и др. Науч. С77. В. Г. Сорокин, М. А. Гервасьев - М.: "Интермет Инжиниринг", 2001 - 608с, илл. ISBN 5-89594-056-0

  См. также

  Ссылки

  Wikimedia Foundation . 2010 .

  Полезное

  Смотреть что такое "Окалиностойкая сталь" в других словарях:

  окалиностойкая сталь — Смотри жаростойкая (окалиностойкая) сталь … Энциклопедический словарь по металлургии

  жаростойкая (окалиностойкая) сталь — [heat resistant steel] конструкционная Cr сталь, обладающая стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при t > 550 °С, работающего в ненагруженном или слабо нагруженном состояниях. Из жаростойких сталей наиболее широкое … Энциклопедический словарь по металлургии

  Сталь — [steel] 1. Сплав железа с углеродом, содержащий от 0,025 до 2,14 % С, постянные примеси, а также легирующие элементы. 2. Вид продукции металлургического производства в ЧМ (Смотри также Прокат). Сталь классифицируется в национальных стандартах и… … Энциклопедический словарь по металлургии

  сталь для холодного выдавливания и высадки — [cold heading steel] горячекатаная калибровонная сталь круглого или шестигранного сечения, а также круглая сталь со специальной отделкой поверхности, предназначенная для изготовления изделий методом холодного выдавливания и высадки, для которой… … Энциклопедический словарь по металлургии

  сталь для железнодорожного транспорта — [railway steel] конструкционная углеродная и низколегированная сталь, используемая при строительстве наземных железнодорожных путей (рельсы, стрелки, рельсовые скрепления и др.) и подвижного железнодорожного состава (колеса, бандажи, оси и др.).… … Энциклопедический словарь по металлургии

  сталь Гадфильда — [Hadfield steel] высокомарганцовистая аустенитная сталь, содержащая 0,9 1,3 % С и 11 14 % Mn (типа 110Г13); разработана немецким инженером Гадфильдом в 1883 г. Сталь Гадфильда при низкой твердости обладает необычно высокой износостойкостью при… … Энциклопедический словарь по металлургии

  Жаростойкая сталь — окалиностойкая сталь, жароупорная сталь сталь, легированная элементами, обладающими большим сродством к кислороду, чем железо. Образующиеся плотные оксиды (например, Cr2O3, Аl2O3, SiO2) затрудняют процесс дальнейшего окисления. Литая … Энциклопедический словарь по металлургии

  ЖАРОСТОЙКАЯ СТАЛЬ — окалиностойкая сталь, жароупорная сталь сталь, легированная элементами, обладающими большим сродством к кислороду, чем железо. Образующиеся плотные оксиды (например, Cr2О3, Аl2O3, SiO2) затрудняют процесс дальнейшего окисления. Литая … Металлургический словарь

  инструментальная легированная сталь для горячего деформирования — [hot deforming tool alloyed steel] среднеуглеродистая среднелегированная (Cr, Мо, W, V и др.) сталь, преимушественно предназначенная для горячего деформирования металлов и других материалов (штамповка, прессование, высадка, резка и т. п.), а… … Энциклопедический словарь по металлургии

  арматурная сталь — [reinforcing steel] горячекатанный круглого сечения прокат гладкого или периодического профиля диаметром 10 80 мм или проволока диаметром 6 8 мм для армирования обычных или предварительно напряженных железобетонных конструкций. Арматурная сталь… … Энциклопедический словарь по металлургии

  Большая Энциклопедия Нефти и Газа

  Механизмы защитного действия оксидных пленок, образующих - ся на металлических покрытиях и на жаростойких сплавах, аналогичны, поэтому при выборе состава жаростойких покрытий можно учитывать достаточно подробно разработанные принципы легирования стали. Для повышения окалиностойкости в сталь добавляют легирующие элементы, обладающие большим сродством к кислороду, чем железо. Такими элементами чаще всего являются хром, алюминий, кремний, которые образуют на поверхности при нагреве тонкую, плотную пленку окислов, надежно защищающую металл от дальнейшего окисления. Жаростойкость практически не зависит от структуры металла, а определяется химическим составом. Увеличение процентного содержания хрома, алюминия или кремния, образующих плотные окислы Cr20g, A1203, Si02, обусловливает повышение жаростойкости и уровня рабочих температур. [31]

  Жаростойкость ( окалиностойкость) характеризует сопротивление окислению при высоких температурах. Для повышения окалиностойкости сталь легируют элементами, которые благоприятным образом изменяют состав и строение окалины. Образовавшаяся тонкая пленка из этих окислов затрудняет процесс дальнейшего окисления. [32]

  Качество хромистых чугунов может быть улучшено при введении в их состав различных присадок. Так, кремний способствует повышению окалиностойкости и улучшению механических свойств, титан-улучшению структуры ( мелкокристаллическая), медь - повышению коррозионной стойкости в восстановительных средах. [33]

  Качество хромистых чугунов может быть улучшено при введении в их состав различных присадок. Так, кремний способствует повышению окалиностойкости и улучшению механических свойств, титан - улучшению структуры ( мелкокристаллическая), медь - повышению коррозионной стойкости в восстановительных средах. [34]

  Сильхромы с высоким содержанием хрома ( 20 %) применяют реже. Добавочное легирование алюминием более эффективно сказывается на повышении окалиностойкости сплава , чем повышение содержания хрома. [36]

  Осуществляется для деталей из стали с 0 1 - 0 2 % С для повышения окалиностойкости . [37]

  Алитирование - насыщение поверхности изделий алюминием. Осуществляется для деталей из стали с 0 1 - 0 2 % С для повышения окалиностойкости . [38]

  Чистые металлы, естественно, не могут удовлетворить этим многообразным требованиям. Поэтому применяют сплавы на никелевой и железной основе, образующие твердые растворы. Для повышения окалиностойкости и жаропрочности в сплавы добавляют хром, алюминий, кремний, а иногда молибден и другие компоненты. [40]

  При высоких температурах, как мы знаем, сталь сильно окисляется и детали быстро выходят из строя. Для предохранения деталей, работающих при высоких температурах, от быстрого разрушения их изготовляют из специальных окалиностойких сталей. Но эти стали очень дороги и дефицитны. Поэтому часто изготовляют такие детали из простых углеродистых сталей, а для повышения окалиностойкости на их поверхности искусственно создается ока-линостойкий алитированный слой. [41]

  Тест по теме 10

  1 0.1.Среди нижеперечисленных сталей цементуемыми являются.

  1) 40Х, 30ХГСА; 2) 12ХН3А, 15; 3) У12А, 9ХС; 4) 65С2ВА, 50.

  10.2.Структура цементованного слоя…

  1) П+А;2) П+ЦII; 3) П+Ф;4) Ф.

  10.3.Цементацию проводят при температурах.

  1) 450-500°С ; 2)930-950 °С; 3) 1050-1100 °С; 4) 740-770 °С.

  10.4.Цементуемыми являются стали.

  1) только легированные; 2)низкоуглеродистые; 3)высокоуглеродистые 4) среднеуглеродистые.

  10.5.Цементацию можно рекомендовать для сталей.

  1)08Х18Н18Т, Х28; 2) 45, 55П; 3) Х12М, У8А; 4) 18ХГТ, сталь 20.

  10.6.Насыщение поверхностного слоя углеродом называется.

  1)цементацией; 2) улучшением; 3) нормализацией; 4) цианированием.

  10.7.Цементацию проводят с целью.

  1) получения мелкозернистой структуры сердцевины; 2) повышения содержания углерода; 3) увеличения пластичности поверхностного слоя; 4) повышения твердости и износостойкости поверхностного слоя.

  10.8.Цементацию целесообразно применять для сталей.

  1) среднеуглеродистых;2) высокоуглеродистых; 3) низкоуглеродистых; 4) с любым содержанием углерода.

  10.9.Азотированная поверхность отличается от цементованной.

  1)более высокой твердостью, износостойкостью и повышенной коррозионной стойкостью; 2) мало чем отличается, но продолжительность азотирования в 2-3 раза меньше по сравнению с цементацией; 3) меньшей твердостью

  10.10.Цианирование – это насыщение поверхностного слоя металла.

  1) цинком; 2) углеродом и азотом; 3) цианидом калия; 4) углеродом.

  10.11.После цементации детали подвергают.

  1) нормализации; 2)закалке и высокому отпуску;3) дополнительная термообработка не требуется;

  4) закалке и низкому отпуску.

  10.12.Глубина закаленного слоя при закалке токами высокой частоты зависит, главным образом, от…

  1) степени раскисления; 2) частоты тока; 3) структуры стали; 4) состава стали.

  10.13.Нитроцементация – это насыщение поверхностных слоев металла…

  1) азотом и углеродом;2) углеродом; 3) азотом; 4) цианидом калия.

  10.14.Для повышения окалиностойкости стальные изделия подвергают…

  1) поверхностной закалке; 2) цианированию; 3) цементации; 4) алитированию.

  10.15.Поверхностную закалку можно рекомендовать для сталей…

  1) 45, 55П; 2) 20, Ст1сп; 3) 08Х18Н10Т, Х28; 4) Х12М, Р18.

  10.16.Диффузионное насыщение стали углеродом осуществляется в активной среде, называемой.

  1) доменной печью;2) катализатором; 3)карбюризатором; 4) карбонатом.

  10.17.Для получения высокой твердости поверхности трущихся деталей машин при сохранении вязкой сердцевины применяют ____ закалку:

  1) полную; 2) изотермическую; 3) неполную;4) поверхностную.

  10.18.Одновременное насыщение поверхности изделий углеродоми азотом в газовой среде называется.

  1) цементацией;2)нитроцементацией; 3) азотированием; 4) цианированием.

  10.19.Оптимальное содержание углерода в цементованном слое составляет ___ %:

  10.20.Поверхностной закалке с индукционным нагревом целесообразно подвергать изделия из стали. 1) 20Х; 2) 40Х; 3) У10; 4) Х.

  10.21.После цементации с целью обеспечения высокой твердости поверхностного слоя детали подвергают.

  1) неполной закалке и низкому отпуску;2) нормализации; 3) полной закалке и низкому отпуску; 4) неполной закалке и высокому отпуску.

  10.22.Цементацией называется.

  1) насыщение поверхностных слоев изделия углеродом; 2) термомеханическая обработка сталей; 3) один из видов термической обработки стали; 4) поверхностное упрочнение металла при пластической деформации в холодном состоянии.5) термомеханическая обработка сталей;

  10.23.Цементации целесообразно подвергать изделия из стали.

  1)18ХГТ; 2) У12А; 3) 40ХНМА; 4) 60С2ХФА.

  10.24.Цианированием называется процесс насыщения поверхности изделий.

  1) одновременно углеродом и азотом в расплавленных цианистых солях2)одновременно углеродом и азотом в газовой среде; 3) сначала углеродом, а затем цинком; 4) углеродом.

  10.25.После цементации проводят неполную закалку и низкий отпуск. В результате такой обработки поверхностный слой приобретает структуру .

  1) бейнита; 2) троостита отпуска; 3) мартенсита отпуска с мелкими включениями карбидов; 4) мартенсита и остаточного аустенита.

  10.26.Химико-термическая обработка вызывает изменение .

  1)структуры, химического состава и свойств в поверхностных слоях изделия;2) свойств в поверхностных слоях изделия; 3) структуры в объеме изделия;4) структуры, химического состава и свойств в объеме изделия.

  10.27.При медленном охлаждении стального изделия после цементации структура поверхностного слоя состоит из .

  1) перлита и феррита;2) перлита и цементита вторичного; 3) феррита; 4) перлита.

  10.28.Процесс химико-термической обработки осуществляется путем .

  1) бездиффузионного насыщения поверхностных слоев изделий неметаллами или металлами из внешней активной среды; 2) диффузионного насыщения поверхностных слоев изделий неметаллами или металлами из внешней активной среды; 3) диффузионного насыщения поверхностных слоев изделий неметаллами из внешней неактивной среды; 4) диффузионного насыщения адсорбированными атомами элементов сердцевины изделий.

  10.29.Для получения высокой твердости поверхности при сохранении вязкой сердцевины используют поверхностную закалку, которую проводят нагреванием поверхностного слоя .

  1) выше температуры критической точки А₁; 2) ниже температуры критической точки A₁; 3) ниже температуры критической точки Ас₃; 4) выше температуры критической точкиАс₃.

  10.30.Обработку холодом цементованных деталей проводят с целью.

  1) снижения твердости на 2-3единицыHRС2)повышения вязкости цементованного слоя;

  3) повышения пластичности цементованного слоя;4) уменьшения количества остаточного аустенита в слое.

  10.31.Твердость низкоуглеродистой стали можно повысить.

  1) цементацией и закалкой ТВЧ; 2) объемной закалкой; 3) закалкой ТВЧ; 4)нормализацией.

  10.32.Карбюризатор – это .

  1) источник углерода при цементации;2) устройство, предназначенное для получения газообразной защитной среды; 3) сырье для получения специальных карбидов; 4) карбиды легирующих элементов.

  10.33.Цементации подвергают стали.

  1) низкоуглеродистые; 2)высокоуглеродистые; 3) любые; 4) среднеуглеродистые.

  ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

  Химико-термической обработкой называется процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверх­ностных слоев стальных деталей. Такой обработке часто подвергают детали с целью повышения твердости, износоустойчивости и коррози­онной стойкости поверхностного слоя при сохранении вязкой и доста­точно прочной сердцевины.

  Наиболее распространенными видами химико-термической обра­ботки являются цементация, азотирование, циани­рование, а также диффузионная металлизация.

  Кроме указанных видов обработки, также применяют хромирова­ние (насыщение поверхности слоя хромом), силицирование (насыщение кремнием), борирование (насыщение бором).

  Цементацией называется процесс насыщения поверхност­ного слоя низкоуглеродистой стали углеродом.

  Цель цементации — получение высокой твердости поверхностного слоя деталей при сох­ранении вязкой и мягкой сердцевины, а также повышение износо­стойкости и предела усталости. Насыщенный углеродом поверхност­ный слой называется цементи­рованным.

  Цементации подвергают де­тали из углеродистой (иногда и легированной) стали, содержа­щей углерода от 0,08 до 0,35 %.

  Богатые углеродом смеси, применяемые для цементации, называются карбюриза­торами. Они могут быть твердыми, жидкими и газооб­разными. От вида применяемо­го карбюризатора цементация разделяется на твердую, жид­кую и газообразную.

  Твердая цементация (в твердом карбюризаторе) является наиболее старым процессом химико-термической обработки. Карбюризатор представляет собой порошкообразную смесь, состоя­щую (по массе) из древесного угля (70%), углекислого бария (20 — 25%) и углекислого кальция (3—5%). Добавление к древесному углю углекислых солей ускоряет процесс цементации.

  Толщина верхнего слоя карбюризатора 30—40 мм.

  Цементация проводится при температуре выше 950° С, но не более 1000°. Длительность выдержки и температура зависят от требуемой глубины науглероживаемого слоя, например цементация стали при температуре 900° С в течение 5 ч да­ет науглероженный слой глубиной 10 — 12 мм, а в течение 10ч — 1,5—3,0 мм.

  Одним из существенных недостатком цементации в твердом карбю­ризаторе является значительная трудоемкость, загрязнение воздуха, невысокая производительность, большая длительность процесса. Для сокращения продолжительности цементации в качестве карбюризато­ра применяют пасты, имеющие различный состав, например, кокса 50%, углекислого натрия или калия 40%, щавелевокислого натрия или калия 10% и др.

  Жидкостная цементация осуществляется путем по­гружения деталей в соляные ванны при температуре 830—850° С. Карбюризатором при этом являются расплавленные соли, содержащие 75—80% углекислого натрия (сода), 10—15% поваренной соли и 6—10% карбида кремния. Цементация происходит за счет атомарно­го углерода, выделяющегося в ванне при 820—850° С от взаимодей­ствия солей с карбидом кремния. Длительность процесса составляет 0,5—2 ч. За 40—50 мин процесса глубина цементированного слоя не превышает 0,2 мм.

  Цементации подвергают мелкие детали, глубина цементированно­го слоя не должна превышать 0,5 — 0,6 мм.

  Преимуществом цементации в соляных ваннах является равномер­ность нагрева и возможность непосредственной закалки после выемки из цементационной ванны. Процесс проходит быстрее, чем при це­ментации в твердой среде.

  Газовая цементация заключается в насыщении поверх­ности стальных деталей углеродом в атмосфере углеродсодержащих газов.

  Газовую цементацию стальных деталей осуществляют в гермети­чески закрытых камерах (муфелях) печей периодического или непре­рывного действия путем нагрева при температуре 930—950° С в среде углеродсодержащих газов, например естественных, состоящих в ос­новном из метана СН₄, и окиси углерода СО. Используют также жидкие карбюризаторы: бензол, пиробензол, осветительный керосин, синтин (продукт синтеза окиси углерода) и сжиженный природный газ.

  Продолжительность процесса устанавливается в зависимости от требуемой глубины цементуемого слоя. Нагрев в газовом карбюри­заторе и процесс насыщения поверхностного слоя являются более прогрессивными и экономичными по сравнению с твердой цементаци­ей.

  Азотированием называется процесс насыщения поверхностного слоя стальных деталей азотом.

  Цель азотирования — полу­чение высокой твердости и износоустойчивости, хорошей сопротивля­емости действию переменных нагрузок, высокого предела выносливос­ти и коррозионной стойкости.

  Азотирование производится в герметизированных муфельных ка­мерных или шахтных печах путем нагревания деталей в атмосфере подаваемого под давлением газообразного аммиака NН₃. При темпе­ратуре 500—750° С аммиак разлагается на азот и водород. Атомы азота поглощаются поверхностью металла, диффундируют вглубь и, соединяясь с атомами железа, образуют твердое соединение — нитрид.

  Для повышения коррозионной стойкости деталей из углеродистой и конструкционной сталей процесс азотирования проводят при более высоких температурах (600—700° С) в течение 0,5—1 ч. Глубина азо­тированного слоя зависит от температуры и длительности процесса азотирования, а также от химического и структурного состава стали; в среднем при 500° С азот за каждые 10 ч диффундирует на глубину 0,1 мм.

  Азотированию обычно подвергают детали, предварительно подверг­нутые закалке, отпуску и механической обработке, включая шлифо­вание; к таким деталям относятся гильзы цилиндров двигателей, зуб­чатые колеса, валы, клапаны и седла для клапанов, шпиндели и ходо­вые винты станков, измерительные инструменты и т. п.

  Цианированием называется процесс одновременного насы­щения поверхности деталей углеродом и азотом. В зависимости от тем­ператур, при которых осуществляется процесс, различают три вида цианирования: высокотемпературное, среднетемпературное и низко­температурное. Одновременное присутствие в среде углерода и азота ускоряет их совместную диффузию (насыщение) в поверхностные слои стали.

  В качестве сред могут быть твердые порошки и пасты (твердое цианирование), расплавленные цианистые соли (жидкостное цианиро­вание), науглероживающие и азотирующие газы (газовое цианирова­ние).

  Твердое цианирование осуществляется аналогично твердой цементации, при этом в карбюризатор добавляют цианистые соли. Такое цианирование применяется главным образом для повыше­ния механических свойств режущего инструмента. Цианирование при­дает металлу большую износостойкость, чем цементация.

  Жидкостное цианирование производится в ваннах с расплавами цианистых солей в целях повышения твердости и износоустойчивости поверхности деталей, изготовленных из конструкцион­ных низкоуглеродистых, а также быстрорежущих и высоколегирован­ных сталей.

  Высокотемпературное цианирование при­меняют в целях повышения твердости и износостойкости поверхности деталей, изготовленных из конструкционных низкоуглеродистых ста­лей 10, 20, 35, 12ХНЗА и других, содержащих 0,10—0,40% углерода. Оно осуществляется при температуре 780—930° С в ваннах, содержа­щих 20—40%-ные расплавы цианистых солей с нейтральными солями.

  Продолжительность жидкостного цианирования колеблется от 5 мин до 1 ч. Глубина цианированного слоя обычно не превышает 0,35 мм. Для придания цианистому слою высокой твердости детали подвергают закалке и отпуску.

  Среднетемпературное цианирование осу­ществляется при температуре 820—860° С.

  Низкотемпературное цианирование приме­няется с целью повышения режущих свойств инструментов, изготовленных из быстрорежущих и высоколегированных сталей. Цианирова­ние быстрорежущих сталей Р18 и Р9 ведут при температуре 550 — 570° С, высокохромистых сталей— при 510—520° С. Глубина цианированного слоя при этом достигает 0,02—0,06 мм.

  Недостатком жидкостного цианирования является ядовитость цианистых солей, а также высокая их стоимость.

  Газовое цианирование занимает промежуточное положение между газовой цементацией и азотировани­ем. Газовое цианирование отличается от газовой цементации тем, что к цементирующему газу добавляют аммиак, дающий активизирован­ные атомы азота.

  Сущность этого способа заключается в том, что стальные изделия нагревают в герметически закрытых муфельных печах при 550—900° С в смеси аммиака (20 — 30%) и цементирующего газа (70 — 80%) в течение нескольких часов. При этом происходит насыщение стали углеродом и азотом. Таким образом, газовое цианирование представляет собой два одновременно идущих процесса — цементацию и азотирование. Отсюда газовое цианирование называют также нитроцементацией.

  6.4. Диффузионная металлизация

  Диффузионной металлизацией называется про­цесс насыщения поверхностного слоя стальных изделий алюминием, хромом, кремнием, бором и другими элементами с целью придания ему окалиностойкости, коррозионной стойкости, износостойкости и твердости.

  В производство внедрены процессы насыщения поверхносного слоя алюминием — алитирование, хромом — хромирование, крем­нием — силицирование и бором — борирование.

  Алитированием называется процесс насыщения поверх­ности стальных и чугунных деталей алюминием, он основан на диффу­зии алюминия в железо. Алитированию подвергают для повышения окалиностойкости детали, работающие при высоких температурах (вы­хлопные коллекторы, колосниковые решетки, сопловые головки паро­вых котлов, камеры сгорания газогенераторных двигателей, цемента­ционные ящики и т. п.).

  Существуют три способа алитирования: жидкостный, твердый и металлизация. Наиболее производительным является способ метал­лизации.

  При твердом способе алитирования стальные изде­лия закладывают в ящики и пересыпают тщательно перемешанной смесью, составленной из 49% порошка алюминия, 49% порошка окиси алюминия и 2% хлористого аммония (нашатыря). Упакованные в ящики изделия нагревают в печи до 950—1000° С в течение 5—10 ч, при этой образуется алитированный слой глубиной 0,3—1,0 мм.

  При жидкостном алитировании в стальном тигле расплавляют алюминий, насыщенный 6—8% железа, и погружают в него изделия, которые в течение 50—90 мин выдерживают при темпе­ратуре 750—800 ° С. При этом режиме глубина алитированного слоя составляет 0,2—0,35 мм.

  Способ металлизации наиболее производительный. Сущность его состоит в том, что расплавленный алюминий сначала наносят на изделие распылением струи сжатым воздухом. Далее нанесенный слой алюминия защищают жаростойкой обмазкой и про­изводят диффузионный отжиг изделий при температуре 920° С в те­чение 3 ч. В процессе отжига поверхностный слой изделия насыщается алюминием на глубину в среднем 0,5 мм.

  Алитирование в расплавленном алюминии и в порошкообразных смесях имеет существенные недостатки в сравнении с приведенным.

  Хромированием называют процесс насыщения поверхност­ного слоя изделий хромом с целью повышения коррозионной стойкости и кислотоупорности низкоуглеродистых сталей; у средне- и высокоуг­леродистых сталей одновременно повышается твердость и износостой­кость. Хромирование осуществляют в твердой, жидкой или газовой среде.

  Для хромирования в твердой среде изделия по­мещают в ящик с порошкообразной смесью, состоящей из 60—65% металлического хрома или феррохрома, 30—35 % глинозема и 5 % хло­ристого аммония. В течение 7—12 ч процесс проводят при температуре 1100—1150° С. При этом образуется хромированный слой толщиной 0,1—0,25 мм.

  Жидкостное хромирование проводят нагреванием изделий до 900—1100° С в ванне, состоящей из расплавленных хлорис­тых солей бария, магния и кальция с добавкой 15—30% хлористого хрома или 15—25% феррохрома.

  Газовое хромирование осуществляют нагреванием изделий в атмосфере паров хлористого хрома при температуре 950— 1050 ° С в течение 3—4 ч, в результате чего образуется хромированный слой 0,05—0,1 мм.

  Силицированием называется процесс насыщения поверхно­стного слоя стали и чугуна кремнием для повышения износостойкости, коррозионной стойкости против окисления при высоких температурах (до 1200° С) и действия кислот. Силицирование осуществляется в твер­дых, жидких и газообразных средах.

  Борированием называют процесс поверхностного насыще­ния стали бором с целью повышения твердости, теплостойкости, изно­состойкости и коррозионной стойкости. Борирование стали осущест­вляется электролизным методом в расплавленной буре (деталь — ка­тод, графит — анод). Процесс ведут в течение 6—8 ч при температуре 950° С, глубина борированного слоя 0,15—0,25 мм. Хрупкость борированного слоя препятствует широкому применению этого процесса.

  Химико-термической обработкой называют поверхностное насыщение стали соответствующим элементом (например, углеродом, азотом, алюминием, хромом и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды при высокой температуре. В отличие от термической обработки химико-термическая обработка меняет не только структуру, но и химический состав поверхностных слоев, что позволяет в более широких пределах изменять его свойства. При химико-термической обработке в отличие от термической обработки изменяется не только строение, но и химический состав поверхностного слоя.

  Процесс химико-термической обработки состоит из трех элементарных стадий: 1) выделение диффундирующего элемента в атомарном со­стоянии благодаря реакциям, протекающим во внешней среде; 2) контактирование атомов диффундирующего элемента с поверхностью стального изделия и проникновение (растворение) их в решетку железа (абсорбция); 3) диффузия атомов насыщающего элемента в глубь металла.

  Для стальных деталей применяют насыщение углеродом (цементация), азотом (азотирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование), алюминием (алитирование).

  Это процесс насыщения поверхностного слоя углеродом с целью получения твердой износостойкой поверхности и мягкой, вязкой сердцевины.

  Вязкая сердцевина хорошо сопротивляется ударному и знакопеременному нагружению. Цементацию применяют для деталей типа: зубчатые колеса, валы, пальцы, кулачки, червяки и др.

  Для цементации применяют широко распространенные недефицитные, дешевые низкоуглеродистые стали с 0,15÷0,25%С не поддающееся закалке.

  После цементации такие стали идут взамен дорогостоящих, дефицитных, легированных.

  Исходную среду для цементации называют карбюризатором. В основном применяют два способа цементации:

  • в твердом карбюризаторе;

  • в газовой среде.

  Оба процесса идут в газовой фазе. Твердый карбюризатор состоит из древесного угля с добавкой 20-25% углекислого бария BaCO₃ и 3-5% Na₂CO₃. BaCO₃ – для интенсификации процесса цементации. Na₂CO₃ (сода) – для предотвращения спекания карбюризатора. Детали укладывают в стальной ящик на расстоянии не менее 25 мм друг от друга и стенок. Ящик помещают в печь с температурой 910-930°С. При нагреве уголь взаимодействует с кислородом воздуха в контейнере с образованием оксида углерода СО:

  Цементация осуществляется газом, образующемся в цементационном ящике. Кроме того оксид углерода образуется в результате разложения солей и реакции с углем:

  На поверхности детали идет процесс цементации за счет реакции диссоциации и образования атомарного углерода:

  В результате С_ат адсорбируется поверхностью детали, находящейся в аустенитном состоянии, а СО₂ взаимодействуя с углем, образует новые порции СО:

  При газовой цементации в качестве карбюризатора используется разбавленный природный газ, состоящий почти полностью из метана

  Газы карбюризатора диссоциируют с выделением атомарного С. Основной реакцией, обеспечивающей науглероживание при газовой цементации, является диссоциация окиси углерода или метана:

  С_ат→γFe=аустенит γFe (С)

  Преимущества газовой цементации:

  • сокращение длительности в 3-4 раза;

  • легкая регулировка (механизация, автоматизация);

  • упрощение термической обработки.

  Структура цементованного слоя

  Степень цементации – характеризует среднее содержание углерода в поверхностном слое, 0,8÷1,0%С. Толщина цементованного слоя колеблется в пределах 1÷3,0 мм, время выдержки 6÷12 часов.

  После цементации детали подвергают окончательной термической обработке, состоящей из закалки и низкого отпуска.

  • на поверхности М+Ц_зерн (HRC=60-65);

  • в сердцевине Ф+П.

  Нагрев до температуры цементации 7÷9 мин на каждый сантиметр линейного размера ящика. После цементации ящики охлаждают на воздухе до 400÷500°С и затем раскрывают.

  1) – древесный уголь +40%BaCO₃;

  2) – древесный уголь.

  Задача цементации – получить высокую НВ и износостойкость при вязкой сердцевине – не решается одной цементацией. Цементацией достигается лишь выгодное распределение углерода по сечению. Последующая закалка с получением мартенсита на поверхности и с сохранением низкой твердости и высокой вязкости сердцевины, является операцией, окончательно формирующей свойства цементованной детали.

  7.1.1. Термическая обработка стали после цементации и свойства цементованных сталей.

  После газовой цементации закаливают без повторного нагрева, непосредственно из цементованной печи после подстуживания изделий до 840÷860°С. Такая обработка не исправляет структуры цементованного слоя и сердцевины. Используют для наследственно мелкозернистой стали.

  После цементации в твердом карбюризаторе термическая обработка состоит из двойной закалки и отпуска (рис. 49). Первая – 880-900°С для исправления структуры сердцевины, т.к. получим из феррито-перлитной структуры мелкозернистый аустенит. Кроме того, при нагреве в поверхностном слое в аустените растворяется цементитная сетка, которая уже вновь не образуется при быстром охлаждении. Вторая закалка – 760-780°С – для устранения перегрева цементованного слоя (измельчение зерна) и придание ему высокой твердости (поверхностный слой – заэвтектоидная сталь).

  Термическая обработка после цементации в твердом карбюризаторе состоит ,ольше ,jkmit х истой стали составляет (измельчение зерна) ся при быстром охлажднии.А. чи послеаетсй свойстватью из метана цириз двух последовательных закалок и низкого отпуска.

  Рис. 49. Схема режимов термообработки после цементации.

  III – для снятия напряжений, возникающих при закалке и для придания закаленному высокоуглеродистому слою некоторой пластичности.

  7.2. Азотирование стали.

  Азотированием называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя азотом при нагреве стали в аммиаке NH₃. Азотирование применяется для повышения износостойкости, сопротивление коррозии и предела выносливости деталей машин (коленчатые валы, гильзы цилиндров, червяки, валки и др.).

  До азотирования детали подвергают закалке и высокому отпуску на сорбит и чистовой обработке. После азотирования детали никакой термической обработке не подвергаются, а только шлифуются или полируются.

  Защита участков, не подлежащих азотированию, нанесение тонкого слоя олова (Sn) или жидкого стекла (0,01÷0,015мм). Олово при температуре азотирования расплавляется на поверхности стали в виде тонкой, непроницаемой для азота пленки.

  Чем выше температура азотирования, тем ниже твердость азотированного слоя и больше его толщина. Снижение твердости связано с коагуляцией нитридов легирующих элементов.

  Азотированию подвергаются среднеуглеродистые легированные стали, содержащие Cr, Mo, Al, V, Ti. Например сталь 38Х2МЮА.

  Это связано с тем, что легирующие элементы входят во взаимодействие с атомарным азотом, образуя твердые частицы на поверхности - нитриды Cr₂N; Mo₂N; AlN; VN, которые и увеличивают твердость поверхности.

  Технология:Обычное азотирование проводят при 500¸600°С, через который пропускают аммиак, который диссоциирует по реакции: 2NH₃®2N_ат+3H₂. Образовавшийся N_ат диффундирует в металл.

  Процесс азотирования весьма длительная операция. Так для получения толщины азотируемого слоя 0,5 мм время выдержки при 500¸520°С равно 55 часов. Обычно при азотировании желательно иметь слой 0,3¸0,6 мм. По сравнению с цементацией азотируемый слой более твердый (HRC 72). При азотировании детали работают до 550¸600°С, а при цементации максимум 220°С. Структура: поверхность – нитриды и сорбит, сердцевина – сорбит. Недостаток – длительность процесса.

  Строение цианированного слоя аналогично цементуемому, но он обладает более высокой износостойкостью и пределом выносливости (s_-1).

  7.3. Цианирование сталей.

  Под цианирование понимают процесс одновременного насыщение стали азотом и углеродом.

  Цианирование проводят в твердых, жидких и газообразных (нитроцементация) средах. Производительность цианирования и качество поверхности выше, чем при цементации.

  - низкотемпературное цианирование температура 570°С – карбонитрация (тенифер-процесс)

  - среднетемпературное цианирование температура 820¸860°С

  - высокотемпературное цианирование температура 930¸950°С

  Нитроцементация – процесс диффузионного насыщения поверхности стали, содержащей (0,2% - 0,4% С) азотом и углеродом из газовой фазы.

  Преимущества:

  1. азот способствует диффузии углерода, поэтому температура 850° С и получается такое же науглероживание, как при цементации.
  2. уменьшается рост зерна и закалку можно проводить сразу после нитроцементации и давать низкий отпуск (160¸180°С) HRC 58…64. Средой является смесь цементующего газа (природный +3¸5% NH₃). Время выдержки – 4…10 часов. Толщина слоя 0,2¸0,8 мм.

  В поверхностном слое образуется карбонитриды, этот слой хорошо сопротивляется износу и коррозии.

  Структура нитроцементованого слоя: М+А_ост+карбонитриды. Нитроцементация используется для упрочнения поверхностей не шлифуемых деталей на автотракторных заводах.

  Одновременное насыщение азотом и углеродом проводят при температуре 820°¸860° в расплавленных слоях, содержащих цианистый Na.

  Состав ванны:

  20¸25% NaCN, 25¸50% NaCl, 25¸50% Na₂CO₃ за 1 час выдержки получают слой толщиной 0,15¸0,3 мм который после закалки из ванны и отпуска при 200°С дает HRC 58¸62. Длительность процесса 30¸90 мин.

  Нейтральные соли NaCl и Na₂CO₃ добавляют для повышения температуры плавления, что снижает испарение дорогих и ядовитых солей. Недостаток цианирования - ядовитость.

  Применение: для повышения стойкости быстрорежущего инструмента после закалки и высокого отпуска проводят карбонитрацию.

  Режимы: температура расплава 530°¸570°С, время выдержки (t) – 5..30 мин.

  Преимущества: не ядовитость, сокращение времени, малая деформация и коробление.

  7.4. Диффузионная металлизация.

  Для многих деталей теплоэнергетики требуются жаростойкие покрытия. Их поверхность должна хорошо сопротивляться окислению в рабочей среде при высоких температурах.

  Алитирование – это процесс насыщения поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость, до (900°С), так как на поверхности изделия образуется плотная пленка Al₂O₃, предохраняющая металл от окисления. Кроме того алитируемый слой обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере и морской воде.

  Концентрация алюминия в поверхностном слое до 30%, толщина слоя 0,2¸1 мм, твердость HV 500, износостойкость – низкая. Применение: клапаны, разливочные ковши, чехлы термопар, детали газогенераторных машин.

  Хромирование – насыщение поверхности стальных изделий хромом. Хромирование увеличивает стойкость против газовой коррозии (окалиностойкость) до 800°С, коррозионную стойкость: в воде, морской воде и азотной кислоте, твердость и износостойкость HV 1200¸1300.

  Для деталей, работающих в агрессивных средах хромированный слой должен иметь толщину 0,1¸0,15 мм, для деталей, работающих в условиях сильного износа, 0,03 мм.

  Хромирование применяют для деталей паросилового оборудования, клапанов, вентилей, патрубков.

  Силицирование – насыщение поверхности стали кремнием с целью придания стали высокой коррозионостойкости в HCl, HNO₃, H₂SO₄ и в морской воде.

  Процесс ведут при 900¸1000°С в течении 2¸5 часов, глубина слоя 0,3 – 1,0 мм, содержание S_i=14%, образующаяся пленка SiO₂ предохраняет от дальнейшего окисления. Силицированный слой отличается повышенной пористостью. Несмотря на низкую тведость (HV 200-300), силицированный слой обладает высокой износостойкостью после пропитки маслом при 200°С.

  Вопросы для повторения раздела.

  1. Чем отличается химико-термическая обработка от термической обработки стали?

  2. Какова цель цементации и азотирования?

  3. Укажите структуру и температуры эксплуатации деталей после цементации и азотирования.

  Читайте также:

    
  • Сталь для двутавра гост
    
  • Гост на пруток стальной круглый
    
  • Как закрыть стальную ванну
    
  • Закаленная сталь имеет структуру
    
  • Стальная железа в коже